[發(fā)明專利]一種直驅(qū)風(fēng)機新型調(diào)頻策略

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010741344.3
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111835040B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顏湘武;王德勝;楊琳琳;隗小雪;李鐵成
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（保定）;國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號: H02J3/48
• 分類號: H02J3/48;H02J3/38;H02J3/28
• 代理公司: 北京鑫瑞森知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11961
• 代理人: 韓鳳穎

本發(fā)明對單臺并網(wǎng)直驅(qū)風(fēng)機，在全風(fēng)速工況下，提出一種“直驅(qū)風(fēng)機新型調(diào)頻策略”，通過采用附加功率給定控制，利用風(fēng)輪機機械動能實現(xiàn)虛擬慣量支撐，又在背靠背變流器直流母線側(cè)配置儲能，并結(jié)合變功率跟蹤控制實現(xiàn)一次調(diào)頻功能。該策略通過多種能量形式的互補配合，不僅能降低儲能配置容量，還可解決頻率的二次跌落問題，并避免常規(guī)減載預(yù)留備用帶來的電能浪費，調(diào)節(jié)裕度不足等問題，從而整體提升風(fēng)機控制性能和調(diào)頻經(jīng)濟性。提出超級電容作為一次調(diào)頻下單邊能量來源，變速減載實現(xiàn)上單邊變功率調(diào)節(jié)，并以行業(yè)標準為依據(jù)，設(shè)計了協(xié)調(diào)策略的邏輯控制原則，以實現(xiàn)電網(wǎng)頻率發(fā)生波動后不同調(diào)頻方式間的平滑切換。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及規(guī)?；L(fēng)電并網(wǎng)或分布式發(fā)電領(lǐng)域，特別是涉及一種直驅(qū)風(fēng)機新型調(diào)頻策略。

背景技術(shù)

長久以來，傳統(tǒng)電網(wǎng)基于同步機建立起的同步機制與調(diào)節(jié)機制共同維持系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。隨著近年來清潔能源的迅猛發(fā)展，風(fēng)電、光伏等新能源裝機容量和滲透率不斷提高，在緩解能源危機的同時，也給電網(wǎng)的穩(wěn)定運行帶來諸多挑戰(zhàn)：一方面，新能源大多通過電力電子設(shè)備并網(wǎng)，缺乏旋轉(zhuǎn)電機具備的慣量支撐，削弱了電網(wǎng)的頻率靜態(tài)穩(wěn)定性；另一方面，由于風(fēng)電等具有隨機性和波動性特點，且并網(wǎng)時多采用最大功率跟蹤控制策略，而不參與系統(tǒng)的頻率電壓調(diào)節(jié)，因而具有弱抗擾性。為此國家能源局發(fā)布了《關(guān)于促進智能電網(wǎng)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，要求并網(wǎng)設(shè)備應(yīng)逐步擺脫“只管發(fā)電，不管電網(wǎng)”的思路。風(fēng)電作為我國裝機容量最大的新能源，使其具備同步機的慣性、一次調(diào)頻等運行外特性，主動參與到電網(wǎng)調(diào)節(jié)中來很有必要。

在風(fēng)電機組參與系統(tǒng)調(diào)頻方面，根據(jù)控制目標可宏觀上劃分為慣量支撐與一次調(diào)頻兩類：其對應(yīng)的控制原理和功能定位也各有不同，“慣量支撐”是對頻率的微分響應(yīng)，具有超前性、快速性，主要在頻率變化初期發(fā)揮作用。可以有效平抑穩(wěn)態(tài)頻率變化的幅值和頻次，并在大擾動發(fā)生至一次調(diào)頻動作前的寶貴時間段，提供頻率支撐，降低暫態(tài)下頻率惡化速度和程度。因為只在頻率變化時才發(fā)揮作用，所以適合沖擊型功率波動；“一次調(diào)頻”是對頻率的比例響應(yīng)，波動前期由于偏差量小，不動作，超過閾值(±0.033Hz)后起作用，可持續(xù)30s時間，以降低源-荷功率不平衡引起的頻率偏差，并為系統(tǒng)提供多機并列運行的穩(wěn)定調(diào)節(jié)機制和自主分配不平衡功率的協(xié)調(diào)機制。由此可見，“慣量支撐”和“一次調(diào)頻”作用的時間尺度不同，目標和功能定位上也是區(qū)分并互補的。因此在風(fēng)機傳統(tǒng)發(fā)電功能的基礎(chǔ)上，增加慣量支撐與一次調(diào)頻功能有利于提高機組的自治穩(wěn)定以及電網(wǎng)的頻率品質(zhì)。

根據(jù)調(diào)頻能量供給來源可劃分為三類：基于機械動能釋放的旋轉(zhuǎn)備用、基于超速變槳減載的預(yù)留備用、基于電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換的儲能備用。機組慣性動能能為系統(tǒng)提供數(shù)秒的支持，但容易引發(fā)頻率二次跌落，有文獻通過改進控制方案優(yōu)化轉(zhuǎn)速恢復(fù)過程改善了二次跌落問題；預(yù)留備用降低了風(fēng)能利用率，調(diào)節(jié)速度較慢，且增加了機械部件維修風(fēng)險，有文獻提出改進協(xié)調(diào)控制方案，但調(diào)節(jié)效果有限；儲能裝置具有出力穩(wěn)定，響應(yīng)快速的特點，但受制作工藝和原材料的影響，安裝成本較高，有文獻分析了風(fēng)電場裝配集中式儲能參與調(diào)頻的設(shè)計方案與應(yīng)用前景。

對于風(fēng)電機組的慣量控制方法，主要分兩類：基于頻率響應(yīng)的附加功率給定控制和基于虛擬同步機(Virtual Synchronous Generator，VSG)的電壓源型控制。基于頻率響應(yīng)的附加功率給定是指在原有變流器最大功率跟蹤控制基礎(chǔ)上，引入電網(wǎng)側(cè)頻率微分偏差，生成功率附加量，疊加后生成功率參考值，變流器本質(zhì)上仍為電流源特性?；赩SG的電壓源型控制，其基本思想是在變流器控制中引入同步機的機電暫態(tài)方程，從而模擬同步機的慣性、阻尼特性，屬于典型的電壓源型控制模式。實際工況中風(fēng)機還是主要運行在基于MPPT的電流源模式，相比之下附加功率給定控制更易于實現(xiàn)。